Психометрическая функция – зависимость вероятности обнаружения (различения) стимулов от их интенсивности.

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 46Следующая ⇒

Представление, что наша сенсорная система устроена по пороговому, прерывному принципу, называется концепцией дискретности сенсорного ряда. Казалось бы, вполне разумная идея. О чем тут спорить?! Оказывается, есть о чем. Психофизики, воодушевленные идеей «абсолютного нуля», или точкой исчезновения ощущений, провели сотни экспериментов в надежде найти и раз и навсегда определить пороги чувствительности. Не тут-то было. Помещают испытуемого в специальную, изолированную от шумов экспериментальную комнату, измеряют его пороги, один раз получают одно значение, другой раз — получают другое значение. Это похоже на ситуацию, когда дверь в квартире открывается то с двух с половиной оборотов, то с двух, то с полутора, то вообще с одного, а замок тот же, и закрываете вы его все время ровно на два оборота.

Получается, что порог как бы плавает. Каждый раз мы получаем несколько различные значения -иными словами, даже для очень слабых раздражителей существует некоторая (ненулевая) вероятность их обнаружения, а для отностельно сильных — ненулевая вероятность их необнаружения. Зависимость вероятности обнаружения (различения) стимулов от их интенсивности называется психометрической функцией. Как должна выглядеть психометрическая функция, если сенсорная система работает по дискретному принципу? До определенного уровня интенсивности стимула вероятность обнаружения равна нулю, потом — единице (рис. 11-3, а).

А как она выглядит в действительности? Так, как показано на рис. 11-3, б. Основываясь на результатах психофизических исследований, один из оппонентов Фехнера — И. Мюллер — высказал идею о непрерывности сенсорного ряда, суть которой состоит в том, что не существует порога как такового: любой стимул в принципе может вызвать ощущение. Почему же мы не обнаруживаем некоторые слабые сигналы? Потому что, утверждал Мюллер, на возможность обнаружения стимула влияет не только его физическая интенсивность, но и расположенность сенсорной системы к ощущению. Эта расположенность зависит от множества случайных, плохо контролируемых факторов: усталости наблюдателя, степени его внимательности, мотивации, опыта и т. п. Одни факторы благоприятно действуют на способность наблюдателя к обнаружению сигнала (например, большой опыт), а другие неблагоприятно (например, усталость). Соответственно, неблагоприятные факторы уменьшают способность к обнаружению, а благоприятные — увеличивают. Но в целом, по мнению Мюллера, нет оснований говорить о существовании какой-то особой точки на оси ощущений, где они прерываются, исчезают. Сенсорный ряд непрерывен. Если бы мы могли создать идеальные условия наблюдения, то сенсорная система восприняла бы сколь угодно малый сигнал.

Со времени научной дискуссии между Фехнером и Мюллером прошло уже более ста лет, но проблема дискретности-непрерывности сенсорного ряда до сих пор не получила окончательного решения. Исходные психофизические идеи вдохновили многих исследователей и позволили им создать массу психофизических концепций, интересных в теоретическом плане и полезных в практическом. Ниже мы коротко рассмотрим наиболее характерные из них.

Стивенс, Морган и Фолькман в 1941 году сформулировали нейроквантовую теорию, основное допущение которой состоит в том, что единицами нервной системы являются нервные кванты, каждый квант срабатывает по принципу «все или ничего», т. е. срабатывает, когда достигнут его порог, и не срабатывает, когда величина возбуждения ниже порогового уровня. Однако для возникновения ощущения, по мнению авторов теории, недостаточно возбуждения одного кванта. Ощущение возникает только при возбуждении двух нервных квантов. Кроме того, чувствительность организма флуктуирует (изменяется во времени, колеблется) совершенно случайным образом. Эти и другие допущения позволили объяснить некоторые особенности психометрических функций и защитить идею дискретности сенсорного ряда, невзирая на отсутствие в экспериментальных данных психофизиков скачкообразного перехода от необнаружения к обнаружению или от неразличения к различению. Следует отметить, что введение понятия «нервный квант» было малообоснованным: за ним не стояло четких эмпирических данных, оно не имело ясного психофизиологического значения и поэтому само допущение о существовании нервных квантов воспринимается не без сомнений.

Весьма продуктивной оказалась концепция, предложенная Грином и Светсом в 1966 г. и получившая название «теория обнаружения сигнала». Суть этой теории сводится к следующему. Любой сигнал воспринимается на фоне шума. Даже если полностью отсутствуют внешние помехи, сама сенсорная система просто за счет своей работы создает некоторый шум: в нас бьется сердце, по жилам течет кровь, мы дышим и т. д. Этот шум при жизни наблюдателя нельзя отключить (во всяком случае, он вряд ли на это согласится). Поэтому, хотя сенсорная система работает по непрерывному принципу, все равно обнаружение сигнала — вероятностный процесс. Сигнал сливается с шумом, он становится плохо отличимым от него, особенно когда физическая интенсивность самого сигнала очень мала. Наблюдатель, по сути дела, выполняет задачу отличения сигнала от шума. Шум, как ветер, колеблется вокруг некоторого среднего значения: он может быть то совсем слабым, и тут можно с высокой степенью уверенности сказать, что сигнала не было, то усиливается, и в этом случае шум легко перепутать с сигналом. На правильность ответа о наличии сигнала влияют, с одной стороны, собственно сенсорные способности анализаторов (слуха, зрения и т. д.), с другой — компонент принятия решения. Основными факторами принятия решения являются вероятности сигналов и то значение, которое имеют для вас правильные ответы и ошибки обнаружения.

Возьмем в качестве примера контроль качества продукции. Сигналом для контролера является бракованное изделие. Несигналом (шумом) — качественное изделие. Изделий много. Контролер один. Он может ошибаться. Посмотрим, какие возможны варианты сочетаний ответов наблюдателя и истинного положения вещей. Эти сочетания называются исходами процесса обнаружения. Контролер может в принципе дать два типа правильных ответов: оценить качественное изделие как качественное, бракованное — как бракованное; а также два типа неправильных посчитать бракованное качественным и, наоборот, качественное бракованным. Возможные исходы показаны на рис. 11-4.

Если отличить бракованное изделие от не бракованного непросто, если брак плохо отличим от качественных изделий в силу, например, погрешностей измерительной аппаратуры, дефицита времени или усталости контролера, то задача становится пороговой, т. е. различие между физическими событиями настолько незначительно, что это создает проблемы для сенсорной системы: сигнал сливается с шумом, и для того чтобы отличить одно от другого, приходится привлекать некоторые дополнительные (помимо сенсорных) механизмы.

Это, как указывалось выше, механизмы принятия решения. Если при прочих равных условиях вероятность брака велика (цех имеет плохую репутацию), то наблюдатель при возникновении сомнений будет относительно более склонен отвечать «сигнал», и наоборот, если вероятность брака мала (исполнители исключительно добросовестны), то предпочитаемым ответом будет «нет брака». Сходным образом обстоит дело со значимостями, или ценностями исходов. Если, например, за обнаруженный после контролера брак с него снимают премию, он будет очень придирчив. Если же начальник внушает контролеру, что главное — количество, пусть даже изделия будут слегка некондиционными, то контролер будет выносить вердикт «брак» с очень большой осторожностью. Соответственно, уменьшится процент правильных обнаружений и ложных тревог.

· Едва заметное различие — минимальное различие между физическими значениями стимулов, которое вызывает ощущение различия.

Одной из главных заслуг авторов теории обнаружения сигнала является введение в структуру сенсорного процесса составляющей принятия решения. Это, с одной стороны, позволило взглянуть на проблемы ощущения с более высоких системных позиций, а с другой — выработать подход к решению многих прикладных проблем — первоначально чисто военной тематики (работа на радарах и сонарах), а потом и гражданской (контроль качества продукции, процессы восприятия человека человеком и др.).

Современные концепции порогов чувствительности отличаются двумя характерными особенностями. Первая из них состоит в том, что различение и обнаружение трактуется как процесс, неотъемлемой частью которого является неопределенность и случайность. А вторая — в том, что все глубже и глубже исследуются механизмы несенсорного порядка, в широком смысле — механизмы принятия решения, которые «приходят на помощь» сенсорной системе и позволяют тем или иным способом решать сенсорные задачи, несмотря на неопределенность, случайность, смутность и неясность внешнего мира.

Мы проанализировали проблему порогов чувствительности, поставленную еще Фехнером. Другой классической проблемой психофизики, также связанной с именем Фехнера, является проблема зависимости величины ощущения от величины физического стимула, или основного психофизического закона. Но для того чтобы вычислить зависимость одной величины от другой, нужно уметь измерять эти величины. Измерить параметры физического стимула несложно. А как быть с ощущениями?

Фехнер рассуждал следующим образом. Субъект не в состоянии количественно оценить величину возникшего у него ощущения. Например, человек, по мнению Фехнера, не может, не лукавя, ответить на вопрос: «Во сколько раз (в два, три, четыре) твои ощущения сладости от этого чая сильнее ощущений сладости от другого чая? » — он может только сказать, какое из ощущений сильнее. Фехнер предложил использовать в качестве единицы измерения ощущений величину едва заметного различия. Эта величина представляет собой минимальное различие между физическими значениями стимулов, которое вызывает ощущение различия (скажем, добавляем в «исходный» чай немного сахара, даем попробовать человеку, он не замечает различия по сладости с предыдущим — ощущение осталось прежним; добавляем еще немного — не замечает различий; еще немного — заметил; вот эта разница между количеством сахара в «исходном» чае и чае, который уже кажется слаще, и, называется величиной едва заметного различия). Наверное, читатель уже сообразил, что величина едва заметного различия представляет собой не что иное, как величину дифференциального порога. Но за введением понятия «величина едва заметного различия» стоит стремление найти минимальное различие между ощущениями, или минимальное расстояние между «насечками» на «линейке» ощущений.

Обратимся к рис. 11-5. До достижения стимулом определенной физической величины ощущения нет. После достижения абсолютного порога ощущение появляется. Абсолютный порог — нулевая точка на оси ощущений. Но слишком малое различие между стимулами мы не замечаем. Шкала ощущений грубее шкалы физических величин. Нужно увеличить физическую величину на несколько единиц, чтобы получить приращение ощущения в одну единицу. В нашем условном примере для того, чтобы увеличить ощущение от нуля до одного, нужно увеличить стимул на две единицы; чтобы увеличить ощущение от одного до двух, нужно увеличить стимул на три единицы, и т. д. Величина едва заметного различия в первом случае равна двум, во втором — трем.

Далее, если предположить, что минимальные различия между ощущениями (в нижней части рисунка) равны между собой, т. е. что приращение ощущения при возрастании стимула на одно едва заметное различие вызывает всегда одинаковое по величине увеличение ощущения, то измерять ощущения можно, считая количество едва заметных различий, накопленных при увеличении стимула от абсолютного порога. Итак, первое допущение Фехнера, использованное им при выводе формулы основного психофизического закона, состояло в том, что приращение ощущения при приращении величины раздражителя на одно едва заметное различие константно (всегда одно и то же).

Вторым основанием для вывода формулы зависимости ощущения от стимула было так называемое соотношение Вебера. Это соотношение было основано на впоследствии экспериментально подтвержденном предположении, что отношение едва заметного различия к величине исходного стимула равно некоторой константной для каждой сенсорной модальности величине. Чем больше интенсивность исходного стимула, тем больше нужно увеличить его, чтобы заметить разницу, т. е. тем больше величина едва заметного различия. В нашем условном примере (рис. 11-5) этот принцип в общем соблюден.

Итак, DDI: I = С, где DDI — величина едва заметного различия, I — величина (интенсивность) исходного стимула, С — константа.

Опираясь на положения о равенстве минимальных различий между ощущениями и соотношение Вебера, Фехнер математически вывел формулу основного психофизического закона:

R=C(lgS-lgS₀),

где R — величина ощущения; С — константа, связанная с соотношением Вебера; S — величина действующего стимула; S₀ — абсолютный порог.

· Соотношение Вебера – отношение едва заметного различия к величине исходного стимула равно некоторой константной для каждой сенсорной модальности величине.

Примерно через сто лет после появления книги Фехнера Стивенс выдвинул идею возможности непосредственной количественной оценки человеком своих ощущений. Кроме того, он пересмотрел основной постулат Фехнера о константности минимальных различий между ощущениями: вместо DDR = С Стивенс предложил DDR: R = С. Это соотношение выглядит аналогично соотношению Вебера, но только в нем фигурируют не физические величины, а психические — ощущения. Соотношение Стивенса означает, что отношение минимального приращения ощущения к исходному ощущению равно постоянной величине. Проще говоря, если мы испытываем слабое ощущение, то чтобы испытать несколько более сильное, нужно лишь незначительное изменение в ощущениях, чтобы почувствовать разницу, а если мы переживаем очень сильное ощущение, то только мощный всплеск в нашей душевной жизни заставит нас заметить, что что-то в наших ощущениях изменилось.

Основываясь на предложенном соотношении, Стивенс математически вывел формулу основного психофизического закона:

R=C(S-S₀)ⁿ

Зависимость между ощущением и физическим стимулом имеет, по Стивенсу, не логарифмический, а степенной характер. Позднее были предложены другие многочисленные формулы основного психофизического закона. Подводя итоги изложения данной проблемы можно сказать, что психофизическая «общественность» в последнее время склоняется к мнению, что форма соотношения физического и сенсорных рядов зависит от условий наблюдения, задачи, стоящей перед субъектом, и т. п.

Виды ощущений

Функция кинестетической и вестибулярной чувствительности состоит в информировании индивида о его собственных движениях и положении в пространстве. Кинестетические ощущения — это совокупность сенсорной информации, поступающей из мышц, сухожилий и связок. Вестибулярные ощущения основаны на информации, приходящей из полукружных канальцев внутреннего уха. Одна из основных функций системы вестибулярных ощущений, обеспечить устойчивую основу для зрительного наблюдения. Когда мы двигаемся (ходим, бегаем, прыгаем), наша голова тоже приходит в движение. Если бы не было каких-либо компенсаторных, корректирующих механизмов, мы видели бы мир так, как это бывает на видеозаписи, когда оператор снимает на ходу или на бегу: изображение прыгало бы, дрожало, металось из стороны в сторону. За счет же существования рефлекторного механизма, который компенсирует каждое движение головы противоположным по направлению движением глаз, перед нами предстает довольно стабильная картина мира.

Кожная чувствительность обеспечивает индивида информацией о том, что соприкасается с его телом: это может быть предмет или некоторая среда (например, водная или воздушная). Наибольшей чувствительностью обладают ладони, кончики пальцев, губы и язык. Современные исследователи различают четыре разновидности кожной чувствительности: ощущения давления, тепла, холода и боли.

Есть довольно веские основания полагать, что для различных типов кожных ощущений существуют свои специализированные рецепторы (чувствительные клетки). Несколько противоречивая картина складывается при рассмотрении болевой чувствительности. Ряд исследователей полагает, что существуют специализированные болевые рецепторы. По мнению других, боль возникает в ответ на чрезмерную стимуляцию любого кожного рецептора.

Болевая чувствительность имеет крайне важное биологическое значение: болевые ощущения сигнализируют о возможной физической опасности. Человеку, не имеющему болевой чувствительности, а случаи такой патологии наблюдались, постоянно угрожает опасность (Sternbach R.A., 1963; Melzack R., 1973). Вообразите, что произойдет с нами, если мы хотя бы на один день утратим болевую чувствительность. Например, мы можем прикоснуться к горячему утюгу и вовремя не отдернуть руку.

Основной функцией вкусовой чувствительности является обеспечение индивида информацией о том, можно ли употребить внутрь данное вещество. Основные вкусовые качества — это кислость, соленость, сладость и горечь. По-видимому, все другие вкусовые ощущения вызываются сочетанием этих четырех качеств. Химическая основа вкусовых ощущений пока недостаточно изучена, поэтому не существует общего ответа на вопрос, какие вещества по своему химическому строению вызывают основные вкусовые ощущения. Специалистам в области пищевых производств приходится в силу этого в большинстве случаев действовать методом проб и ошибок, прибегая к услугам дегустаторов.

Обоняние обеспечивает индивида информацией о наличии в воздухе различных химических веществ. Обоняние играет гораздо меньшую роль в нашей жизни, чем в жизни многих животных. Когда речь заходит об обонянии, невольно вспоминаешь наших четвероногих друзей — собак. Исследования показывают, что чувствительность к запахам у собак больше, чем у нас, примерно в тысячу раз (Marshall D.A., Moulton D.G., 1981; Cain W.S., 1988).

Несмотря на то, что люди обладают относительно слабым обонянием, они все-таки кое на что способны в этом смысле. Примерно двадцать лет назад была проведена серия интересных экспериментов. Участников эксперимента - мужчин и женщин — просили носить футболку в течение 24 часов, не снимая ее, не принимая душ и не пользуясь дезодорантами. Через двадцать четыре часа каждую нестиранную футболку положили в отдельный мешок и дали каждому испытуемому понюхать три футболки, не глядя на них. Одна из футболок принадлежала самому испытуемому, другая — одной из женщин-испытуемых, третья — одному из мужчин-испытуемых. Результаты показали, что три четверти участников этого эксперимента были способны по запаху идентифицировать свою футболку и правильно определить, кому принадлежала каждая из оставшихся: мужчине или женщине (Russell M.J., 1976; McBurney D. H., LevineJ. M., Cavanaugh P. H., 1977).

С помощью слуха индивид получает передаваемую посредством волновых колебаний среды информацию о поведении удаленных от него объектов. Основными характеристиками звуковых волн являются амплитуда и частота. Это физические характеристики звука. Они трансформируются при воздействии на нас в психические (сенсорные). Чем больше амплитуда звуковой волны, тем громче нам кажется звук, чем больше его частота, тем выше (тоньше) он нам кажется. Громкость и высота, таким образом, — основные сенсорные характеристики звука.

Здоровый молодой человек слышит звуки в диапазоне примерно от 20 до 20 000 Гц. Один герц соответствует высоте звука, издаваемого предметом, совершающим одно колебание в секунду. Ощущения громкости и высоты взаимосвязаны. Скажем, у человека наибольшая чувствительность к звуку отмечается при частоте звука в 1 000 Гц.

Существует целая группа теорий высотного слуха, или восприятия частоты звука. Британскому физику Э. Резерфорду принадлежит временная теория восприятия частоты. Основные положения этой теории заключаются в следующем: 1) звук вызывает колебания слуховой мембраны, частота которых равна частоте источника звука; 2) ритм колебаний мембраны определяет ритм нервных импульсов, идущих по слуховому нерву. Дальнейшие исследования показали, что максимальная частота нервных импульсов, передающихся по нервному волокну, всего лишь порядка 1 000 Гц, а слышать мы можем звуки гораздо большей частоты.

Г. Гельмгольцем была предложена альтернативная теория восприятия частоты, которая получила название теории местоположения. Теория основана на предположении, что нервная система интерпретирует возбуждения различных участков слуховой мембраны как различные высоты (частоты звука). Например, стимуляция одних участков мембраны вызывает ощущение высокого звука, а возбуждение рецепторов другого участка — ощущение низкого звука. Таким образом, предполагалось, что характер возбуждения рецепторов мембраны, общая картина ее деформации под воздействием звуковой волны зависит от высоты звука.

Экспериментальные исследования, проведенные во второй половине нашего столетия, во многом подтвердили гипотезу Гельмгольца. Однако выяснилось, что с помощью нее оказалось невозможным объяснить восприятие низкочастотных звуков: при частоте ниже 50 Гц звуковая волна деформирует мембрану равномерно, так что рецепторы, расположенные в различных частях мембраны, не отличаются по уровню возбуждения. Как же тогда мы воспринимаем звуки частотой ниже 50 Гц?

Если у временной теории были проблемы с высокими звуками, то у теории местоположения — с низкими звуками. В настоящее время представляется правдоподобным предположение о существовании двух механизмов восприятия частоты: в то время как высокие частоты кодируются (трансформируются в психический образ) так, как это описано в теории местоположения, низкие частоты — в соответствии с временной теорией (Green D. М., 1976; Goldstein E. В., 1989).

Зрение является основным источником информации для человека. Сетчатка глаза имеет два типа рецепторов: палочки и колбочки. Палочки приспособлены к тому, чтобы работать при слабом освещении и давать черно-белую картину мира, а колбочки, наоборот, имеют наибольшую чувствительность в условиях хорошего освещения и обеспечивают цветовое зрение. Наиболее интересной проблемой зрительных ощущений являются механизмы цветового зрения. На этот счет существует множество довольно сложных теорий. Мы рассмотрим лишь наиболее принципиальные подходы.

Одним из них является трихроматическая теория цветового зрения (иначе говоря, трехцветовая). Она состоит в следующем. Существует три различных типа рецепторов (колбочек), ответственных за цветовое зрение. Каждый из этих трех типов рецепторов обладает чувствительностью в широком диапазоне длины световой волны (длина световой волны связана с ощущением того или иного цвета), но в то же время разные типы колбочек специализируются на восприятии определенных цветов (синего, зеленого или красного): одни обладают наилучшей чувствительностью в одной части диапазона длины волны, другие — в другой его части, третьи — в третьей. Свет определенной длины волны стимулирует каждую из трех групп рецепторов в неодинаковой степени. Паттерны возбуждения — картина, сочетание, соотношение возбуждений — дают ощущения различных цветов и оттенков. К сожалению, трихроматическая теория не объясняет многих экспериментально полученных фактов из области цветового зрения.

Существует и альтернативная концепция — теория оппонентного цвета. С точки зрения сторонников этой теории, зрительная система состоит из двух типов чувствительных к цвету элементов. Один тип реагирует на красную или зеленую часть спектра, другой — на синюю или желтую. Каждый элемент отвечает на внешнее воздействие таким образом, что, если воспользоваться аналогией с чашей весов, один из двух оппонентных цветов может или перевешивать другой или находиться с ним в равном положении. Скажем, в паре синий—желтый перевешивает синий, а в паре красный-зеленый — красный. Что мы будем видеть? Смесь красного и синего, т. е. фиолетовый цвет. Если одна из пар сбалансирована, а другая нет, мы будем видеть один из чистых цветов. Если обе пары цветов между собой сбалансированы, мы не будем видеть никакого цвета.

Две рассмотренные теории конкурируют между собой более 50 лет. Каждая из них хорошо объясняет одни факты и плохо — другие. В силу этого неоднократно предпринимались попытки примирить эти концепции и, подобно тому как это происходило с теориями высотного слуха, создать некоторую общую теорию, включающую в себя в качестве частных случаев обе классические концепции.

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒